Устройство аналого-цифрового преобразования узкополосных сигналов

 

Изобретение относится к импульсной технике и предназначено для цифрового представления аналоговых узкополосных сигналов. Цель изобретения Вл расширение функциональных возможностей , которое заключается в том, что устройство позволяет формировать как цифровые значения отсчетов мгновенных значений, так -и цифровые значения отсчетов квадратурных составляющих узкополосных сигналов. Устройство содержит блок 1 выборки и запоминания, аналого-цифровой преобразователь 2, формирователь 3 знака, два коммутатора 4 и 5, сумматор 6, три регистра памяти 7-9, генератор 10 опорной частоты , счетчик 11, два элемента И 12 и 13 и инвертор 14. Узкополосный аналоговьй сигнал в блоке 1 выборки и запоминания дискретизируется с периодом Т, равным нечетному числу четверО (/) СО со О5 to со 4

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19> SU ((((36234 А1 (5D 4 Н 03 M 1 12

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCKOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4070831/24 — 24 (22) 11.04.86 (46) 07.09.87. Бюл. М- 33 (71) Омский политехнический институт (72) Е.С.Побережский, M.Â.Çàðóáèíñкий и С.А.Долин (53) 681.325 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 1115224, кл. Н 03 M 1/48, 1983.

Авторское свидетельство СССР

Ф 1266003, 24.01.85. (54) УСТРОЙСТВО АНАЛОГО-ЦИФРОВОГО

ПРЕОБРАЗОВАНИЯ УЗКОПОЛОСНЫХ СИГНАЛОВ (57) Изобретение относится к импульсной технике и предназначено для цифрового представления аналоговых узкополосных сигналов. Цель изобретения расширение функциональных воэможностей, которое заключается в том, что устройство позволяет формировать как цифровые значения отсчетов мгновенных значений, так и цифровые значения отсчетов квадратурных составляющих узкополосных сигналов. Устройство содержит блок 1 выборки и запоминания, аналого-цифровой преобразователь 2, формирователь 3 знака, два коммутатора 4 и 5, сумматор 6, три регистра памяти 7-9, генератор 10 опорной частоты, счетчик 11, два элемента И 12 и 13 и инвертор 14. Узкополосный аналоговый сигнал в блоке 1 выборки и запоминания дискретизируется с перио- Ф дом Т, равным нечетному числу четвер1336234 тей периода центральной частоты сигнала, В полученной последовательности отсчетов мгновенных значений после преобразования их с помощью аналогоцифрового преобразователя 2 в цифровую форму формирователем 3 знака инвертируется знак каждой второй пары отсчетов. Четные отсчеты сформированной таким образом последовательности относятся к косинусной квадратурной

Изобретение относится к импульсной технике и предназначено для цифрового представления аналоговых узкополосных сигналов.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей устройства, эа счет измерения квадратурных составляющих сигнала.

На фиг.1 представлена структурная схема устройства аналого-цифрового преобразования ускополосных сигналов; на фиг.2 — временные диаграммы, поясняющие формирование пар отсчетов квадратурных составляющих; на фиг.3 временные диаграммы управляющих напряжений.

Устройство содержит блок 1 выборки и запоминания, аналого-цифровой преобразователь 2, формирователь 3 знака, коммутаторы 4 и 5, сумматор 6, регистры 7 — 9, генератор 10 опорной частоты, счетчик 11, элементы И 12 и 13 и инвертор 14.

Устройство работает следующим образом.

На вход устройства поступает узкополосный сигнал V(t), который описывается выражением

U(t) =U(t) Cos (2 НЕ, t+q(t)), (1) где U(t), f, и Ч(1) — соответственно амплитуда (огибающая), центральная частота и фаза узкополосного сигнала.

Блок 1 выборки и запоминания осуществляет дискретизацию этого сигнала, представляя его совокупность отсчетов мгновенных значений. Аналогосоставляющей, а нечетные — к синусной, но моменты дискретизации квадратурных составляющих в каждой паре отсчетов отличаются на Т. Для приведения отсчетов каждой пары к одному моменту времени в устройстве с помощью двух коммутаторов, сумматора и трех регистров памяти производится встречная линейная интерполяция по двум соседним отсчетам. 3 ил. цифровой преобразователь 2 переводит аналоговые значения отсчетов в цифровую форму.

Частота дискретизации fA =1/Т, рав .> ная частоте следования импульсов с выхода младшего разряда счетчика 1 1, выбирается таким образом, чтобы выполнялись следующие два условия: f должна быть не меньше удвоенной шири10 ны спектра сигнала и должно выполняться условие

f„=4f,/(4k+1), (2) где k — номер ближайшей к f гармонио ки частоты дискретизации f

При выполнении условия (2) на периоде дискретизации Т укладывается нечетное число четвертей периода центральной частоты сигнала. Поэтому, если при выполнении условия (2) разделить четные и нечетные отсчеты мгновенных значений и в сформированных таким образом обеих последовательностях проинвертировать знак каж25 дого второго отсчета то последоваФ тельность четных отсчетов оказывается идентичной последовательности отсчетов косинусной квадратурной составляющей, а последовательность нечетных отсчетов — синусной. Такой же

ЗО результат получится, если вначале поменять знак в каждой второй паре отсчетов, а затем разделить четные и нечетные отсчеты. На фиг.2а представлена последовательность 0(пТ) отсче35 тов мгновенных значений узкополосного колебания U(t) (1),. а на фиг.2б и в полученные описанным образом последовательности отсчетов соответственно косинусной V,(2ïÒ) и синусной V (2пТ+

6234

Интерполяция в соответствии с фор30 мулами (3) и (4), необходимая для получения пар отсчетов квадратурных составляющих, относящихся к одним и тем же моментам времени, выполняется коммутаторами 4 и 5, сумматором 6, Регистрами 7 — 9 по командам, формируемым с помощью генератора 10 опорной частоты, счетчика 11, элементов

И 12 и 13, инвертора 14. Встречная линейная интерполяция сводится к сло40 жению соседних отсчетов соответствующей квадратурной составляющей с весовыми коэффициентами, равными 0,25 и 0,75. Эта операция (формулы (3) и (4)) выполняется в два этапа. Вна45 чале соседние отсчеты складываются с одинаковыми весовыми коэффициентами, равными 0,5. Затем полученная сумма складывается с тем из отсчетов, результирующий весовой коэффициент ко50 торого должен быть равен 0,75. При

Описанная процедура формирования отсчетов квадратурных составляющих, относящихся к одному и тому же моменту времени, реализуется следующим образом. Тактовые импульсы с выхода генератора 10 опорной частоты (фиг.за) поступают на вход трехразрядного счетчика 11. Импульсные последовательности на выходах младшего, промежуточного и старшего разрядов этого счетчика показаны соответственно на фиг.36, в и г. В моменты окончания импульсов, поступающих на выход младшего разряда этого счетчика (фиг.36), в блоке 1 выборки и запоминания фикз 1ЗЗ

+Т) квадратурных составляющих. Как видно из приведенных на фиг.26 и в временных диаграмм, в указанных последовательностях отсчеты косинусной и синусной составляющих относятся к разным моментам времени, сдвинутым друг относительно друга на время Т=

=1/<* °

Для получения пар отсчетов квадратурных составляющих V (2nT-0,5Т) и

Чз(2пТ-0,5T), относящихся к совпадающим моментам времени 2nT — 0,5Т, в предлагаемом устройстве применена встречная линейная интерполяция отсчетов косинусной и синусной составляющих (фиг.2г и д). В соответствии с этим выходные отсчеты квадратурных составляющих определяются следующими выражениями:

Vñ(2nT-О,5T)=0,75Чс(2nT)+0э25Чс(2пТ-2Т)=0,5(0,5V (2nT)+0,5Ч (2пТ-2T)3+

+0,5V,(2nT); (3)

Чз (2nT-0,5T)=0,25Ч (2пТ+Т)+0,75Ч х

«(2пТ-Т)=0,5(0,5V (2nT+T)+0,5V (2nT-T))+0,5 (2пТ-Т) . (4)

Из (3) и (4) следует, что выходные (интерполируемые) отсчеты обеих квадратурных составляющих получаются как весовое среднее двух соседних отсчетов. При этом в соответствии с гипотезой о линейном изменении V,(t) и

Vq(t) на интервале 2Т вес отсчетовслагаемых тем больше, чем ближе отсчет к интерполируемому. Так, отсчет, отделенный от интерполируемого интервалом 1, 5Т имеет весовой коэффициент, равный 0,25, а отсчет, отделенный интервалом 0,5T, — весовой коэффициент, равный 0,75. На фиг.2г и д для одной из пар интерполируемых отсчетов

V (4T-О,5T) и Ч (4Т-0,5T) штриховой линией показаны отсчеты-слагаемые. сируются значения отсчетов мгновенных значений входного сигнала и одновременно начинается преобразование в цифровую форму аналого-цифровым преобразователем 2, на выходе которого отсчеты представляются N-разрядным дополнительным двоичным кодом. Формирователь 3 знака в каждой второй паре отсчетов мгновенных значений инвертирует знак ° При этом в парах отсчетов, поступающих на вход формирователя 3 знака в то время, когда на

его управляющем входе логический нуль (фиг.зи), знак отсчетов сохраняется, а в парах отсчетов, поступающих, когда на управляющем входе логическая единица, знак отсчетов изменяется на противоположный. В результате на выходе формирователя 3 знака четные отсчеты представляют собой отсчеты косинусной квадратурной составляющей, а нечетные — синусной. Но в каждой паре отсчеты квадратурных составляющих относятся к разным моментам времени, сдвинутым друг относительно друга на интервал Т (фиг.26 и в). втором сложении весовые коэффициенты обоих слагаемых также равны 0,5. Такой порядок выполнения встречной линейной интерполяции обеспечивает наиболее простую реализацию умножения слагаемых на весовые коэффициенты.

Обе операции сложения, осуществляемые при формировании каждого вы-. ходного отсчета, выполняются суммаТак как слагаемые V (2Т) и V (0) поступают в сумматор 6 через коммутаторы 4 и 5, они автоматически умножаются на весовые коэффициенты, равные

0,5, Сложение 0,5 V„(2T) и 0,5 Чс(0), .являющееся первым в процессе интерполяции выходного отсчета Vс(2Т-0,5) (фиг.2б и r), обеспечивается тем, 1ð что в течение интервала от 2Т до 2Т+

+0,5Т к выходам коммутаторов 4 и 5 подключены их первые входы, так как на управляющих входах присутствует логический нуль (фиг.Зд и е). В мо15 мент времени 2Т+0,5Т результат сложения с выхода сумматора 6 срезом выходного импульса генератора 10 опорной частоты (фиг.3a) записывается регистр 7. В течение интервала времени

2р от 2T+0,5Т до ÇT в сумматоре 6 цифровое значение отчета V,(2Ò) складывается с результатом первого сложения, который с выхода регистра 7 через второй коммутатор 5 поступает на вто25 рые входы сумматора 6. Весовые коэффициенты обоих слагаемых равны 0 5.

На этом интервале выходы коммутатора 4 подключены к его первым входам, так как на управляющий вход этоЗр ro коммутатора поступает логический нуль (фиг.Зд), а выходы коммутатора

5 подключены к его вторым входам, так как на управляющий вход коммутатора 5 поступает логическая единица

35 (фиг,Зе). В момент вРемени ЗТ сРезом очередного выходного импульса генератора 10 опорной частоты (фиг.За) в старшие N+1 разрядов регистра 7 записывается результат второго сложения

4р с выхода сумматора 6, а в (N+2) é разряд — цифра, ранее хранившаяся в (N+1)-м разряде этого же регистра.

В результате в первом регистре 7 памяти оказывается записанным значение

4> интерполированного отсчета V (2Tс

-0,5T), которое хранится в регистре

7 до момента ÇT+0,5Т (фиг.Зж).

Кроме того, в момент времени ÇT срезом выходного импульса младшего

5р.разряда счетчика 11 (фиг.Зб) цифровое значение отсчета V (2T) записывается в регистр 8, а ранее хранившееся в нем значение Ч „(Т) записывается в регистр 9. Значение отсчета

55 Ч (0), хранившееся до этого момента в регистре 9, стирается.

В течение интервала времени от

3Т до ЗТ+0,5Т аналоговый отсчет мгновенного значения сигнала, датируемый

1336234 тором 6. Фиксация результатов сложения производится регистром 7. Слагаемые на сумматор 6 поступают через первый 4 и второй 5 коммутаторы. В обоих коммутаторах 4 и 5 выходы соединены с первыми входами при логическом нуле на управляющем входе и с вторым входами при логической единице. Управляющие сигналы на коммутаторы 4 и 5 поступают с выходов соответственно элементов И 12 и 13. Временная диаграмма выходного напряжения элемента

И 12 показана на фиг.Зд, а элемента

И 13 †. на фиг.3е; Умножение слагаемых

1 на весовые коэффициенты, равные 0,5, выполняется автоматически благодаря подключению i-x разрядов (i=1,2,..., N) выходов обоих коммутаторов к (i+

+1)-м разрядам соответствующих входов сумматора 6 и соединению между собой двух старших разрядов (i=1 и i-=2) на каждом из выходов сумматора 6.

Необходимая задержка отсчетов-слагаемых осуществляется регистрами 8 и 9. Запись в регистр 7 производится по срезам выходных импульсов генератора 10 опорной частоты (фиг.За), а запись в регистры 8 и 9 — по срезам выходных импульсов младшего разряда счетчика 11 (фиг.Зб). Поскольку значение младшего (N+2)-го разряда выходного отсчета полностью определяется результатом первого из двух сложений, выполняемых в процессе интерполяции, в регистре 7 выход (N+1)-ro разряда соединен с входом (N+2)-ro разряда. Благодаря этому цифра, полученная в (N+ 1)-м разряде в результате первого сложения, в момент записи в регистр 7 результата второго сложения перезаписывается в (N+2) é разряд этого регистра.

Поясним подробнее процесс формирования отсчетов квадратурных составляющих на интервале времени от 2Т до

4Т, В течение времени от момента 2Т, которым в блоке 1 выборки и запоминания датируется очередной отсчет мгновенного значения выходного сигнала, до момента 2T+0 ST этот отсчет переводится в цифровую форму в аналогоцифровом преобразователе 2, проходит через формирователь 3 знака и, превратившись, таким образом, в цифровое значение отсчета косинусной составляющей Ч (2Т), складывается в сумматоре

6 с цифровым значением отсчета V,(0), записанного в регистре 9.

234 7, 13,36 моментом ÇT, в аналого-цифровом преобразователе 2 переводится в цифровую форму, проходит через формирователь 3 знака и, превратившись в цифровое значение отсчета V,(ЗТ), скла5 дывается в сумматоре 6 с цифровым значением отсчета V,(Т), поступающим с выхода регистра 9. Оба слагаемые суммируются с весовыми коэффициентами, равными 0,5, так как они поступают на сумматор 6 через коммутаторы

4 и 5. Поступление этих слагаемых в течение указанного времени обеспечивается тем, что на управляющих входах

15 коммутаторов в течение этого времени присутствует логический нуль (фиг.Зд и е). Описанное сложение является первым в процессе интерполяции отсчета V (2Т-0,5T) . В момент ÇT+0,5Т результаг сложения записывается в регистр 7.

В течение времени от ÇT+0,5Т до

4Т сумматор 6 производит сложен:e (с весовыми коэффициентами 0,5) результата предыдущего сложения и отсчета V (T). Результат предыдущего сложения поступает на сумматор 6 с выхода регистра 7 через первый коммутатор 4, на управляющем входе которого в это время присутствует логическая единица (фиг.Зд) и его выходы подключены к вторым входам. На управляющем входе коммутатора 5 в течение интервала от ÇT+0,5Т до 4Т присутствует логический нуль (фиг.3e), и его выходы подключены к первым входам, пропуская цифровое значение отсчета

V (T) с выхода регистра 9 на вход сумматора. В момент 4Т в регистр 7

40 записывается интерполированное значение отсчета 7з(2пТ-0,5Ò), которое сохраняется в нем до момента 4Т+0,5Т (фиг.Зж).

Формула и з обретения

Устройство аналого-цифрового пре- 45 образования узкополосных сигналов, содержащее блок выборки и запоминания, вход которого является входной шиной, аналого-цифровой преобразователь, сумматор, выходы которого соединены 50 с соответствующими входами первого регистра, N выходов которого являются выходной информационной шиной и соединены с соответствующими первыми информационными входами первого ком- 55 мутатора, генератор опорной частоты и счетчик, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, введены форми-рователь знака, второй и третий регистры, второй коммутатор, два элемента

И и инвертор, вход которого объединен с первым входом первого элемента И и соединен с первым выходом счетчика, а выход соединен с первым входом второго элемента И, второй вход которого объединен с управляющими входами блока выборки и запоминания, аналогоцифрового преобразователя, вторым входом второго элемента И и соединен с вторым выходом счетчика, вход которого объединен с управляющим входом первого регистра и соединен с выходом генератора опорной частоты, а третий выход — с управляющим входом формирователя знака, информационные входы которого соединены с выходами анало- го-цифрового преобразователя, информационный вход которого соединен с выходом блока выборки и запоминания, выходы формирователя знака соединены с соответствующими вторыми информационными входами первого коммутатора и второго регистра, управляющий вход которого объединен с управляющим входом третьего регистра и соединен с вторым выходом счетчика, а выходы соединены с соответствующими информационными входами третьего регистра, выходы которого соединены с соответствующими первыми информационными входами второго коммутатора, управляющий вход которого соединен с выходом первого элемента И, а вторые информационные входы соединены с первого по

N-й выходами первого регистра, (N+

+1)-й выход которого соединен с (N+

+2)-м входом первого регистра и совместно с (И+2)-м выходом является выходной шиной признака, выход второго элемента И соединен с управляющим входом первого коммутатора, а первый и второй входы в первой и второй группах входов сумматора объединены и соединены с первыми выходами первого и второго коммутаторов соответственно, выходы с второго по N-й первого и второго коммутаторов соединены с соответствующими с третьего по (N+1)-й входами первой и второй групп входов сумматора соответственно.

1336234

Фиг. 2

У (2л7-Р,sTI

<Ðèã.3

Составитель И.Романова

Техред И.Попович Корректор С.Шекмар

Редактор В.Петраш

Заказ 4055/se Тираж 901 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4!5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4